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日前，記者在哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院采訪時獲悉，曹殿學教授帶領的新能源材料與電化學研究所研發(fā)的“微納米3D陣列電極”， 通過3D結構設計，微納米化制備，活性材料組成的優(yōu)化，以其取代傳統(tǒng)的使用粘結劑粘合的電極，制備方法簡單，大大提高電池或電容器的性能，且具有相當大的生產(chǎn)應用價值，受到了該領域國內(nèi)外專家的廣泛關注，標志著微納米結構3D陣列電極的制備及其電化學性能研究上取得新的突破。
據(jù)介紹，燃料電池、超級電容器和鋰離子電池由于其獨特的優(yōu)點被看作是新能源汽車的主要動力來源，其開發(fā)研究倍受各國政府、學術界和企業(yè)廣泛重視。其中電極材料的研究更是重中之重，電極材料的好壞直接影響化學電池的性能。
據(jù)介紹，燃料電池、超級電容器和鋰離子電池由于其獨特的優(yōu)點被看作是新能源汽車的主要動力來源，其開發(fā)研究倍受各國政府、學術界和企業(yè)廣泛重視。其中電極材料的研究更是重中之重，電極材料的好壞直接影響化學電池的性能。
新成果制備的泡沫鎳載3D Co3O4微納米線陣列，納米線直徑約為50～250 nm、長度約為10～15 μm，單電極充放電循環(huán)測試500次后仍保持在529.7 F?g-1的高比容量。該成果采用氨誘導模板法，在泡沫鎳上制備了價格低廉的CuO納米片電極以及介孔Ni(OH)2電極，其中Ni(OH)2電極以電流密度為1 A?g-1恒流充放電測試時，放電比容量高達1030 F?g-1。采用水熱法制備了微米棒狀Co3O4/graphene復合物，其作為鋰離子電池負極材料的儲鋰性能研究結果表明其經(jīng)過103次循環(huán)充放電后，嵌鋰容量為1005 mAh?g-1，脫鋰容量為975 mAh?g-1，不可逆容量僅占3％，表現(xiàn)出了非常驚人的可逆性和良好的循環(huán)性能。
新成果在燃料電池方面，為降低燃料電池成本，首次通過預構具有三維納米線陣列結構的導電基體，實現(xiàn)了高效催化劑的簡單制備，大大提高了貴金屬催化劑的利用率。以高溫熱解丙酮在鈦片表面自生長得到的C@TiO2納米棒陣列為骨架，采用電沉積法在納米棒上負載Pd，得到了Pd-C@TiO2三維微納米陣列電極。利用自還原法在泡沫鎳表面得到了粒徑大約為50 nm的Au顆粒，并以此作為直接硼氫化物-過氧化氫燃料電池的陰陽極電極,組裝的燃料電池能夠達到最大功率密度102 mW?cm-2。
新成果在反應機理方面，首次發(fā)現(xiàn)了Co基金屬氧化物的對過氧化氫電化學氧化還原催化作用，同時發(fā)現(xiàn)了通過3D納米線結構的設計和晶格調(diào)變，可以有效提高電極的催化活性和選擇性，初步提出堿性介質(zhì)中H2O2電還原的反應途徑及其速度控制步驟。
據(jù)悉，新成果克服了傳統(tǒng)電極兩步制備法中需要粘結劑和導電劑以及電活性材料利用率低等問題。同時，所提出的無碳無粘結劑的自支撐高效催化電極、Co基金屬氧化物的對過氧化氫電化學氧化還原催化機理豐富和發(fā)展了電池、電容器等化學電源理論，具有重要的工程應用價值。這些研究成果得到了國內(nèi)外同行的高度評價，很多知名學者在研究納米線電極時都借鑒新成果提出的基本反應理論、設計思路和制備方法，其中有3篇論文他引過百次，7篇文章進入ESI高引用論文。
